Open Library - открытая библиотека учебной информации

Открытая библиотека для школьников и студентов. Лекции, конспекты и учебные материалы по всем научным направлениям.

Категории

Экология Визначення системи координат користувача 6 страница
просмотров - 229

Э. Резерфод пен П. Кюри радиоактивтік кезіндегі сәуле шығарудың табиғатын зерттеу барысында оның құрамы күрделі екенін анықтайды. α-сәуле дегеніміз — оң арядталған бөлшектер (α-бөлшек) ағыны, β-сәуле дегеніміз—өте шапшаң қозғалатын және жылдамдықтары бірдей емес теріс зарядталған бөлшектер (β-бөлшек) ағыны болып шықты.Магнит өрісінде ауытқу бұрышының әр түрлі болуы α-бөлшек пен β-бөлшектің массаларының бірдей емес екенін, әрі қарама-қарсы зарядталғанын көрсетеді. γ-сәулесімагнит өрісінде ауытқымайтын, жиілігі өте жоғары электромагниттік сәулелœену кванты екен.

3.

1. Сутегі атомы үшін Шредингер теңдеуі. Сутегі тәріздес атомдар

Неміс ғалымдары Франк және Герц Бор теориясын дәлелдейтін келœесі тәжірибе жасады. Олар төменгі қысымдағы сынап буы толтырылған ыдыстағы үш электродты лампа – триод көмегімен тәжірибе жасады. Электрондардың сынап атомдарымен серпімсіз соқтығысы кезінде электроннан атомға энергия беріледі және бұл энергия жеке дискретті порциялар түрінде беріледі. Бұл тәжірибеден шығатын қорытынды: атом энергиясы тек дискретті мәндерді қабылдайды және атомның шығаратын сәулелік энергиясы осы энергиялық күйлердің айырмасына тең.

Сутегі атомы үшін Шредингер теңдеуі келœесі түрде жазылады:

мұндағы:

Сутегі атомындағы электронның күйі берілген стационар Шредингер теңдеуін қанағаттандыратын -толқындық функциямен сипатталады.

Сутегі атомы үшін Шредингер теңдеуінің сфералық координаттағы шешімінен атомдағы электронның импульс моменті тек дискретті мәндерді қабылдайтыны, яғни квантталатыны шығады.

мұндағы: орбитальдық кванттық сан,

Орбитальдық кванттық сан атомның импульс моментінің мәнін анықтайды.

Орбитальдық кванттық санның мәніне байланысты электрон күйлерін келœесі түрде атайды:

болғанда электрон,

болғанда электрон,

болғанда электрон,

болғанда электрон.

Электрон саны өскен сайын оның кванттық теориясы да күрделœенеді. Сондықтан арнайы жуықтау методтары қолданылады. Кванттық теориясы, сутегі атомына ұқсас келœетін атомдарға, сілтілік металдар атомы жатады. Сілтілік металлдар атомдағы процессерді түсіндіру үшін, сутегі атомы теориясына қосымша мүше ретінде “түзету” енгізіледі.

себебі, сілтілік мелаллдар атомының қасиеттері, негізінен ядродан қашық орналасқан, жалғыз сыртқы электронның қозғалыс күйімен анықталады. Осы электронды оптикалық электрон деп атайды. Басқа электрондары ядро өрісіне симметриялы орналасқан және электрондық қабықшаларды толықтырып тұрады. Сондықтан, сыртқы оптикалы электронға әсер етуші өрісті, жуықтап центрлік симметриялы деп санауға болады. Ішкі электрондардың ықпалы ядро өрісін біршама “экрандау” (көлегейлеу) сипатында байқалады. Сондықтан сыртқы электрон үшін, өрісті жуықтап, центрлік симметриялы болады деп ұйғарсақ, онда өзімізге белгілі Шредингердің радиаль теңдеуін қолдануға болады.

2. Ядролық реактор.Синтезделу реакциясы

Ядролық реактор, атомдық реактор – атом ядросы бөлінуінің басқарылатын тізбекті реакциясын жүзеге асыратын құрылғы. Оның негізгі бөліктеріне: ядролық отын (мысалы, уран не плутоний), баяулатқыш, шағылдырғыш, суытқыш), бақылау және өлшеу приборлары жатады. Ядролық реактор атом ядроларының бөлінуіне себепші болатын нейтрондардың энергетикалық спектріне қарай: шапшаң (нейтрондардың энергиясы 100 кэВ-тан жоғары), жылулық не баяу (нейтрондардың энергиясы ~0,025 эВ) және аралық (нейтрондардың энергиясы 1 эВ-тан бірнеше кэВ-қа дейін) нейтрондар реакторы болып, ал баяулатқыштағы ядролық отынның таралу сипатына сәйкес гомогенді және гетерогенді ядролық реактор болып ажыратылады. ядролық реактор кейде пайдаланылатын баяулатқышына (мысалы, графит, бериллий, ауыр су, т.б.) не суытқышына (мысалы, сұйық металл, т.б.) қарай да бөлінеді. Өзін-өзі қуаттайтын тізбекті реакция уран-графитті ядролық реакторда Э.Фермидің басшылығымен 1942 ж. 2 желтоқсанда АҚШ-та алынды. Еуропадағы мұндай ең алғашқы ядролық реактор 1946 ж. КСРО-да И.В. Курчатовтың басшылығымен жасалды.[1]

Атомдардың ядроларын бөлетін немесе біріктіретін реакциялар арнайы қондырғыларда орындалады. Ондай қондырғылардыатомдық (ядролық) реакторлар немесе атомдық (ядролық) бомбалар деп атайды.

Тізбекті бөліну реакциясына қажетті ядролық материалдың ең аз массасын сындық масса дейді.

Уран-235 изотопы үшін сындық масса 23 килограмдай болады. Бұл — диаметрі 13 см болатын біртұтас уран кесегі. Атом бомбасында ядролық жарылыс затын біртұтас етіп жасамайды. Оны жеке-жеке бөлік түрінде орналастырады. Әр бөліктің массасы сындық массадан кіші болады. Абом бомбасын жару үшін арнайы тетік ядролық зарядтың жеке бөліктерін біріктіреді. Сөйтіп, олардың біртұтас массасы сындық массаға жетеді де, ядролық жарылыс іске асырылады.

3.

1. Бөлшектің потенциалдық тосқауылдан өтуі.

Потенциалдық энергиясы, өзін қоршаған нүктелœердің энергиясынан үлкен болатын кеңістіктің аймағын потенциалдық тосқауыл деп атайды. Ең қарапайым тосқауыл ретінде тікбұрышты бірөлшемді ақырсыз ұзын потенциалдық тосқауылды алуға болады: Бөлшектердің суреттегі тосқауылдан өтуін классикалық

көзқарас бойынша қарастырайық. Бөлшектер І аймақта

солдан оңға қарай қозғалсын және энергиясы болсын.

Бірінші жағдайда қарастырайық: бөлшектердің

энергиясы тосқауылдың биіктігінен үлкен болсын,

яғни . Классикалық механиканың заңдары

бойынша, барлық бөлшектер тосқауылдың үстінен өтеді. Екінші жағдайда, егер болса, онда олар тұтасымен потенциалдық тосқауылдан шағылады. Кванттық көзқарас бойынша, осы екі жағдай да дұрыс болмайды: егер болса, онда нөлден өзгеше бөлшектердің шағылу ықтималдығы болады; егер болса, онда нөлден өзгеше бөлшектердің өту ықтималдығы болады. Кванттық механикада бірінші құбылысты тосқауылдан жоғары шашырау, ал екінші құбылысты туннелдік эффект деп атайды.

Потенциалдық тосқауылдар тосқауылдан шағылу коэффициенті және тосқауылдан өту коэффицентімен сипатталады.

өрнектердің көмегімен шағылу және өту коэффициенттерін аламыз

, .

Бұл коэффиценттердің қосындысы бірге тең болу керек

.

2. Ядролық бөлінудің реакциясы.Тізбекті бөлінудің реакциясы

Ядролық реакция - атом ядроларының элементар бөлшектермен(оның ішінде γ - кванттармен де) немесе бip-бipiмен өзара әрекеттескен кездегі түрленуі.

α - ыдырау үшін ығысу ережесі:

β -ыдырау үшін ығысу epeжесі:

β+-ыдырау үшін ығысу ережесі:

е -қармау схемасы:

Ядролық реакцияның символдық түрде жазылуы:

мұндағы және сәйкес түрде зарядтық сандары Z және ZI, массалық сандары А және А' болатын бастапқы және ақырғы ядролар, а және b - ядролықреакция кезінде түсетін және шығарылатын бөлшектер.Тұңғыш рет Резерфорд icкe асырған азот ядроларын радиоактивтік көз шығаратын α-бөлшектермен атқылауда пайда болған ядролық реакция:

Электр зарядтарының және массалық сандардың сақталу заңдары: ядролық реакцияға түсетін ядролардың және бөлшектердің зарядтарының (массалық сандарының) қосындысы реакцияның ақырғы өнімдерінің (ядролардың және бөлшектердің) зарядтарының (массалық сандарының) қосындысына тең болады. Кез келген ядролық реакция кезінде, сонымен қатар энергияның, импульстің және импульс моментінің сақталу заңдары орындалады.

Ядролық тізбекті реакция – ауыр химиялық элементтердің атом ядроларының нейтрондар әсерінен бөліну реакциясы. Оның әрбір сатысында нейтрондар саны артып, ядроның өзін-өзі қуаттайтын бөліну процессі пайда болуы мүмкін. Ядролық тізбекті реакция – экзотермикалық реакция, яғни реакция кезінде энергия бөлінеді. Бөлінген энергияның мөлшері өте көп болатындықтан ядролық тізбекті реакцияны бейбіт және соғыс мақсатында атом энергиясының көзі ретінде пайдаланады. Ауыр ядролардың нейтрондар арқылы бөлінуінің ядролық тізбекті реакциясының принциптік мүмкіндігі – уран ядросындағы нейтрондар санының протондарсанына қатынасы, бөліну жарықшақтарындағы сол қатынастың шамасына қарағанда едәуір көп болатындығына байланысты. ядролық тізбекті реакцияның іс жүзіндегі жүру шарты реакцияның тармақтау процестері мен оның үзілу ықтималдықтарының қатысы арқылы анықталады. Тармақтардың басым болуы өзін-өзі қуаттайтын тізбекті процестің жүруін қамтамасыз етеді, ал үзілістің басым болуы тізбекті реакцияның жүрмейтіндігін көрсетеді. ядролық тізбекті реакцияның даму сипаттамасы – жүйенің көбею коэффициенті (k). Ол (k) бөлінгіш заттағы реакция тізбегінің кез келген буыны мен сол алдындағы буында жұтылатын нейтрондар1 болғанда ғана жүруі мүмкін. Жүйе k=1 болғанда кризистік жүйе, k³санының қатынасына тең. Өзін-өзі қуаттайтын тізбекті процесс тек k>1 болғанда жоғары кризистік жүйе, ал k<1 болғанда төмен кризистік жүйе деп аталады. Жүйенің көбею коэффициенті (k) ядролық тізбекті реакция жүзеге асатын жүйенің пішініне, массасына және изотоптық құрамына тәуелді болады.

3.

Энергетикалық деңгейлер. Кеңістіктік квантталу

1)Энергия Деңгейлер– кванттық механика заңдарына бағынатын кванттық жүйенің (электрондардан, протондардан, т.б. элементар бөлшектерден тұратын не атом ядросынан, атомдардан, молекулалардан, т.б. бөлшектерден құралған) стационар күйдегі энергиясының мүмкін мәндері. Байланысқан микробөлшектерден (мыс., атом ядросы, т.б) тұратын кванттық жүйенің ішкі энергиясы квантталады, яғни кванттық жүйесінің ішкі энергиясы жүйесінің орнықты күйіне сәйкес келœетін белгілі бір дискретті мәндерді [Е0, Е1, Е2,... (Е0<Е1<Е2...)] ғана қабылдайды. Мұндай күйлерді графиктік жолмен, әр түрлі деңгейге көтерілген дененің потенц. энергиясына ұқсас етіп, Энергия деңгейдерінің диаграмасы түрінде кескіндеуге болады. Энергияның әрбір мәніне Еj (j=0,1,2,..) биіктікке жүргізілген горизонталь сызық сәйкес келœеді. Кванттық жүйесінің дискретті Энергия деңгейдерінің жиынтығы сол жүйенің дискретті энергет. спектрін түзеді. Жүйенің мүмкін болатын ең аз энергиясына сәйкес келœетін төм. деңгей (Е0) негізгі энергия деңгейі деп, ал қалған барлық Энергия деңгейдері (Е1, Е2,...) қозған Энергия деңгейдері деп аталады. Энергия деңгейдерінің арасындағы кванттық ауысулар диаграммада сол Энергия деңгейдерінің арасын қосатын тік (кейде көлбеу) түзулермен, ал ауысу бағыты стрелкамен көрсетіледі (мыс., төмен бағытталған стрелка фотонның шығу процесіне, ал оған кері бағыттағы стрелка фотонның жұтылу процесіне сәйкес келœеді). Әрбір энергия деңгейі өмір сүру уақытымен, яғни бөлшектің осы энергия деңгейінен одан төменірек орналасқан басқа бір кез келген энергия деңгейіне “ауысуына” кететін орташа уақыт аралығымен сипатталады. Мыс., атом ядросының Энергия деңгейдерінің көпшілігінің өмір сүру уақыты 10–14 – 10–10с аралығында (ал өмір сүру уақыты бірнеше жылға созылатын Энергия деңгейдері метастабильді Энергия деңгейдері деп аталады) болады. Микробөлшектер кейде энергиясы бірдей бірнеше әр түрлі күйде де тұруы мүмкін. Атом энергиясы сыртқы электр не магнит өрісі әсерінен өзгереді. Мұның нәтижесінде бұрын беттескен Энергия деңгейдерінің жіктеліуі де мүмкін. Суретте сутек атомы үшін Энергия деңгейдерінің сұлбасы келтірілген. Онда энергия электронвольтпен (эВ) берілген. Суретте Энергия деңгейдерінің дискретті жиынтығының жоғары жағына иондалған атом сәйкес келœетін Энергия деңгейдерінің үздіксіз жиыны орналасқан.

2) Энергия көздерінің проблемалары

Көмір, мұнай мен газ – энергияның жаңартылмайтын қоры болғандықтан, ол күндердің күнінде таусылады. Ал су, жел, күн сәулесі –жаңартылатын энергия көзі. Жалпы, желдің энергиясын адамзат ежелден бері пайдаланып келœеді. Жел диірмендерінің орта ғасырларда кең таралғаны белгілі. Оның өндіретін қуат күші үлкен болмаса да, адамдардың қажетіне жарағаны анық. Өткен ғасырдың 40-70 жылдары тұрақты түрде тоқ беріп тұратын желілердің дамуына байланысты, жел энегиясына деген қызығушылық төмендеген. Тек 80-жылдары АҚШ-та жел энергиясы өндірушілер үшін салықтық жеңілдіктер жасалғаннан кейін өндірушілер бет бұра бастады. Дегенмен, әлем ғалымдары басқа да энергия көздерін табуға ұмтылып жатыр. Мәселœен, олар үлкен мұхиттардағы толқындардан туындайтын энергияны пайдаға жаратуға болады деп тұжырымдайды. Теңіз толқынында ірі-ірі қалаларды қамтамасыз етуге жететін қуат көзі бар. Енді тек оны алудың жолын қарастыру қажет. Осы мақсатта Орегон штаты универсиетінің ғалымдары Анетта фон Жоанн мен Аланом Уоллес арнайы құрылғы ойлап тапқан. Фон Жоанның айтуынша, теңіз толқынынан туындайтын энергияның, өзге қуат көздеріне қарағанда артықшылығы көп. Өйткені толқынның қалай тербелœетінін алдын ала болжауға болады және ондағы қуаттың тығыздығы желдікінен 50 есе жоғары көрінеді. Толқын энергиясын теңіз жағалауында орналасқан елдер тиімді пайдаланады. Мәселœен, Ұлыбритания, Ирландия сынды елдерде пайдаланылатын электор тоғындағы толқыннан алынатын энергияның үлесі 5 пайызға дейін жетеді. Дегенмен, бұнда да өндірілетін қуаттың тұрақсыздығы мен қоршаған ортаға әсері мәселœесі туындайды. Өйткені авторлардың өздері саяз жерлерге қойылатын толқын генераторларының судағы тіршілік иелœеріне кері әсері болуы мүмкін екендігін мойындайды.

3)

1 сұрақ : Күрделі атомдардың орбитальдарын электрондармен толтыру үшін орбитальдардың әрқайсысында бола алатын электрондар санын анықтап алу қажет. Ол үшін 4 квант санын өзара комбинациялайдың жолын білу керек.

· Швецария физигі В. Паули 1925 жылы элементтердің периодтық жүйедегі орнына қарап және спектрлерін анализдей отырып, квант сандарын электронның реалды күйін сипаттай алатындай етіп, комбинациялаудың жалпы принципін ұсынған. Паули бұл тыйым салу деп аталған принципі бойынша бір атомның ішінде барлық жағынан ұқсас екі электрон болуы мүмкін емес, яғни атомдағы 2 электронның 4 квант санының төртеуі де бірдей бола алмайды.

· Атомдағы әрбір электронның басқалардан гөрі ең кемінде бір квант саны өзгеше болуы керек. Паули принципін пайдалана отырып алғашқы екі квант қабатында бола алатын электрондардың санын табайық: n = 1, l = 0 десек, ондағы электрондардың тек спиндері ғана өзгеше болады:

· n l m s;1 – электрон: 1 0 0 +½; 2- электрон: 1 0 0 -½

Мұнда үшінші электрон болуы мүмкін емес, егер болған жағдайда онда Паули принципін бұзып, үшінші электрон алғашқы екеуінің біреуіне ұқсап кетер еді. n = 2 болғанда біріне бірі ұқсамайтын 8 электрон бола алады. Бір квант қабатындағы бірдей орбитальдарды электрондармен толтыру үшін Гунд ережесін білу керек. Гунд ережесі бойынша берілген қабатшадағы электрондардың спин сандарының қосындысы максималь болуы шарт.

2 сұрақ: Элементарлық бөлшектердің не бозондарға, не фермиондарға жататынын біле отырып, адамзатты көп уақыт бойы толғандырып келген «материя кірпіштері» туралы сұрақтарға жауап беруге болады. Қазіргі кездегі микро әлемде заттардың төрт деңгейін бөледі: молекулалық, атомдық, нуклондык, және кварктық. Енді қазір бесінші деңгей де қарастырылып жүр. Әр ашылған деңгейдің өзіндік сипаттары бар.

Ең қарапайым заттарды іздеу зерттеушілердің абсолютті элементарлық бөлшектердің болмайтынына көзін жеткізді, өйткені кез келген деңгейдегі элементаралық бөлшектердің өзіндік күрделілігі бар. Шартты түрде элементаралық бөлшектерге ішкі қурылымы анықталмаған, мөлшерлері өлшеуге келмейтін бөлшектерді жатқызады. Ондай бвлшектердің үш түрі бар: лептондар, кварктер және бозондар. Лептондар мен кварктер фермиондарға жатады.

Лептондар класы алты бөлшектен және алты қарсы бөлшектерден тұрады (электрон, мюон, тау-лептон және нейтринолар-дың үш түрі. Лептондар әлем құрылымында үлкен рөл атқарады. Әсіресе, электрон мен нейтриноның маңызы зор. Бірақ лептондар яд-ролық бөлшектер — нуклондардың пайда болуына қатыспайды.

Кварктар класы да лептондар класы сияқты алты бөлшектен және алты қарсы бөлшектерден тұрады. Физиктер әрбір кварктер типін аро-маттар деп атады.

Кварктар мен антикварктар екі немесе үш бөлшектерден топталып, қурама бөлшектерді — адрондарды түзеді.

Элементаралық бөлшектерді одан әрі жіктеген кезде оларды — үш кварктен құралатын бариондарға, кварк пен антикварктон туратын мезондарға бөлуге болады.

«Химиялық элемент» және «Элементаралық бөлшектер» түсініктері бір кезде оларды қарапайым және құрылымы жоқ деп қарастыратындықты дәлелдейді. Сонан соң ғалымдар әрбір деңгей үшін бөлінбейтін элемент дегеннен гөрі кварктер деген — ешқандай мағына бермейтін сөзді қолдана бастады.

1994 жылы американ ғалымдарының хабарлауына қарағанда ең ауыр кварк табылған

3.

4. Перегляд об’єктів у тривимірному просторі

5. Робота з екранами виглядів у тривимірному просторі

6. Візуалізація об’єктів

6.1. Створення зображень з подавленими невидимими лініями.

6.2. Створення затінених зображень

Використана література:

1. Ванін В. В., Перевертун В. В., Надкернична Т. О.

В17 Комп’ютерна інженерна графіка в середовищі AutoCAD: Навч. посібник. – К.: Каравела, 2005 р.